摘 要:在环境温度为550~900℃时,对 GCr15轴承钢展开退火,观察其造影组织机构变动,并展开延展性 试验,对退火及脱碳转变分子结构展开分析与讨论。结果显示:在550 ℃退火时,GCr15轴承钢的组织机构 和钛白粉状况基本上没有变动;在600~750 ℃退火时,随著环境温度的增高,细柱状莱氏体的扁枝宽度逐 渐减小,到 750 ℃ 时细柱状莱氏体基本上消失,主要就为球化铌微粒和弧状铌微粒;在 760~800 ℃退火时,随著环境温度的增高,组织机构渐渐趋于完自由化;在850~900 ℃退火时,随著环境温度的 增高,粗柱状莱氏体渐渐增加;在550~900 ℃退火时,其延展性呈先下降后上升的趋势;在750~ 900 ℃退火时,延展性均小于245HBW,满足标准明确要求。

关键字:轴承钢;松弛退火;延展性;造影组织机构

中图科同盘属:TG161 历史文献标志码:A 文章序号:1001-4012(2022)08-0029-03

GCr15轴承钢在钛白粉(锻)状况时的延展性较高,其 布氏延展性通常不小于302HBW,在锯切釜、研磨加 工、冷压力研磨前,通常亦须其展开退火处理。GCr15 轴承钢的退火分为松弛退火和球化退火。松弛退火 的目的主要就是消解形变、减少延展性,为釜提供更多便捷; 而球化退火不但能消解形变、减少延展性,而且能 为退火提供更多准备,减少金属材料的退火形变和脱落。耐热轴承

GB/T18254—2002《盐会铬轴承钢》IEC, GCr15轴承钢退火后的延展性为179~207HBW,为了 保证对其延展性的明确要求,无论松弛退火还是球化退火, 通常均需选用球化退火的工艺技术环境温度展开退火。退火 环境温度通常掌控在780~800 ℃。GB/T18254—2016 已将松弛退火和球化退火的延展性明确要求展开了界定,软 化退火的布氏延展性不小于245HBW,球化退火的布 氏延展性为179~207HBW。

本栏选用不同的退火环境温度对 GCr15轴承钢进 行退火,积极探索出了比球化退火工艺技术更为有效的软 化退火工艺技术。

1 试验方法

GCr15轴承钢工艺技术技术为:70t炼钢→LF(钢包精 炼炉)+RH(电浆循环式品驭型研磨炉)研磨→连铸方坯→ 发电机组综上。综上过程选用控轧控冷工艺技术,掌控废钢碳 化物柱状分布。最终综上为管状,直径约为40mm。

GCr15轴 承 钢 材 料 中 C 元 素 的 质 量 分 数 为 0.96%,Si原素的产品质量平均分为0.25%,Cr原素的质 量平均分为1.45%,Mn原素的产品质量平均分为0.34%,P 原素的质 量 分 数 为 0.01%,S 元 素 的 质 量 分 数 为 0.002%。其原始造影组织机构为柱状莱氏体+铌, 布氏延展性为343HBW。耐热轴承

选用精密切割机将综上切割成15mm 厚的圆 柱试样。选用箱式炉展开退火试验,主要就退火 工艺技术为:分 别 在 550,600,650,700,730,740,750, 760,770,780,800,850,900 ℃下保温,保温时间均 为180min,再展开退火,炉温不小于300 ℃后取出 试样,空冷至室温。

试验结束后,制备试样,选用 Quanta400F型扫 描电镜(SEM)观察其造影组织机构形貌,选用全自动布 氏延展性计对不同退火状况试样的延展性展开试验。

2 试验结果

2.1 退火环境温度对 GCr15轴承钢造影组织机构形貌的影响

经过不同环境温度退火后,GCr15轴承钢试样的显 微 组织机构形貌如图1所示。从图1a)能看出:其钛白粉状况的造影组织机构呈典型的细柱状,该组织机构以细柱状 莱氏体为主,晶界含有少量的二次铌;图1b)是 550 ℃退火时的造影组织机构,能看到组织机构和钛白粉态 相 比 基 本 没 有 差 异,主 要 是 细 片 状 珠 光 体;从 图1c)~1h)能看出,随著退火环境温度的增高,柱状 莱氏体的扁枝宽度渐渐减小,直至消失,700 ℃退火 时,柱状莱氏体开始球化,造影组织机构为球化莱氏体+ 柱状莱氏体,750 ℃退火时,明显的柱状莱氏体已经 消失,造影组织机构主要就为球化铌微粒和弧状碳 化物微粒,铌已经弥散在铁素体基体上;从图 1i)~1l)能看出,760,770 ℃退火后的造影组织机构类 似,主要就为球化铌微粒及极少量弧状铌 微粒,780,800 ℃ 退火时组织机构已经完自由化;从图 1m)~1n)能看出,850℃时退火组织机构以球化碳化 物为主,同时出现了粗柱状莱氏体,900 ℃退火时, 出现了大量粗柱状莱氏体,同时伴有少量球化碳化 物微粒。耐热轴承

2.2 退火环境温度对 GCr15轴承钢延展性的影响

不同退火环境温度与 GCr15轴承钢延展性的关系曲 线如图2所示。从图2能看出:在550℃退火时, 延展性为340 HBW,与原始状况 GCr15轴承钢的硬 度相比,基本上没有变动;在600~760℃退火时,随著 退火环境温度的增高,延展性渐渐减少;在760~850 ℃退 火时,不同的退火环境温度对应的延展性变动不大,延展性为 185~200HBW;当退火环境温度提高到900 ℃时,延展性 增高到242HBW。耐热轴承

3 分析与讨论

退火是将钢加热至临界点 AC1 以上或以下的 环境温度,保温以后随炉缓慢冷却,以获得近于平衡状况 组织机构的退火工艺技术[1]。由于临界点受成分、升温速 率、冷却速率等的影响,因此临界点并不是固定值。 通常 GCr15 轴 承 钢 临 界 点 AC1 的 温 度 是 725~ 760 ℃,临界点ACCm 的环境温度是770~900 ℃ [2]。

当环境温度小于 AC1 环境温度时,属于低温退火,延展性 的减少主要就取决于铌的形态及分布,即由柱状 莱氏体向球状莱氏体、由细球状莱氏体向粗球状珠 光体转化。环境温度越高,这种转化越快也越完全,得到 的延展性越低。因此,在760℃以下时,随退火环境温度的 增高,GCr15轴承钢的延展性渐渐减少。

当环境温度略高于AC1 环境温度时,即在γ+Fe3C两相 区加热,由于奥氏体化环境温度比较低,因此奥氏体的碳 含量是不均匀的,而且有未溶解的铌。在加热 过程中,未溶解的铌会由柱状莱氏体渐渐转变 为球状莱氏体,而在随后的缓冷及恒温过程中,不均 匀奥氏体的盐会处会成为铌的形核位置,从而 使一部分铌直接长成球状,另一部分仍以柱状 成长的铌则在随后的缓冷或恒温过程中渐渐球 化[3]。在760~850℃退火时,不同的退火环境温度对应 的延展性变动不大,延展性为185~200HBW。耐热轴承

当环境温度小于ACCm 环境温度时,开始完全退火转变, 此时铌溶解较充分,在随后的缓冷过程中,由于 部分区域缺少核心铌,因此比较均匀的奥氏体 内不得不重新产生核心而出现柱状莱氏体。通常加 热环境温度越高,保温时间越长,退火组织机构中也越会形成 粗柱状莱氏体[4]。在900℃退火时,延展性反而上升。

当环境温度小于ACCm 环境温度时,缓冷退火,奥氏体有 柱状二次渗碳体析出,使钢的强度、塑性和冲击韧度 显著减少[1],因此即使退火环境温度小于850℃,延展性满 足标准的明确要求,但生产实践中仍不适用。

脱碳的过程分为两个阶段:铌的氧化与扩 散。钢表面的碳原素发生氧化,碳含量减少,引起表 面和内部碳含量有差异,促使碳原素从内部向表面 扩散。加热环境温度越高,原子热运动就越剧烈,扩散速 率就越大,脱碳的趋势就越大[5]。在保证延展性满足 标准的前提下,退火环境温度越低越好。

4 结论

(1)在550 ℃退火时,GCr15轴承钢的组织机构与 钛白粉状况的组织机构相比基本上没有差异;在600~750℃ 退火时,随著退火环境温度的增高,细柱状莱氏体的扁枝 宽度渐渐减小,到750 ℃时,扁枝状莱氏体基本上消 失,主要就为球化铌微粒和弧状铌微粒;在 760~800 ℃退火时,随著环境温度的增高,组织机构渐渐趋 向完自由化;在850~900 ℃退火时,随著环境温度的升 高,粗柱状莱氏体渐渐增加。耐热轴承

(2)在550~900 ℃退火时,GCr15轴承钢的硬 度呈先下降后上升的趋势;在760~850 ℃退火时, 其延展性变动不大且较低,延展性为185~200HBW。

(3) 在 750~900 ℃ 退 火 时,硬 度 均 小 于 245HBW,满足 GB/T18254—2016标准对松弛退 火金属材料的明确要求;选择750 ℃左右保温的松弛退火工 艺可使脱碳层最小。

参考历史文献:

[1] 崔忠圻,覃耀春.金属学与退火[M].北京:机械工 业出版社,2007.

[2] 钟顺思,王昌生.轴承钢[M].北京:冶金工业出版社, 2000.

[3] 胡光立,谢希文.钢的退火 原理和工艺技术[M].西安: 西北工业大学出版社,2004.

[4] 孙钦贺.盐会铬轴承钢制轴承零件球化退火组织机构缺陷 分析[J].金属研磨(热研磨),2018(6):78-80. [5] 曹安然.弹簧钢防低温氧化脱碳涂层的制备及性能研 究[D].南京:南京航空航天大学,2010.耐热轴承

<文章来源 > 金属材料与试验网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 58卷 > 8期 (pp:29-31)>